Squirrel状态机-从原理探究到最佳实践

作者：京东物流 郑朋辉

1 简介

Squirrel状态机是一种用来进行对象行为建模的工具，主要描述对象在它的生命周期内所经历的状态，以及如何响应来自外界的各种事件。比如订单的创建、已支付、发货、收获、取消等等状态、状态之间的控制、触发事件的监听，可以用该框架进行清晰的管理实现。使用状态机来管理对象生命流的好处更多体现在代码的可维护性、可测试性上，明确的状态条件、原子的响应动作、事件驱动迁移目标状态，对于流程复杂易变的业务场景能大大减轻维护和测试的难度。
2 基本概念

2.1 Squirrel状态机定义

Squirrel状态机是一种有限状态机，有限状态机是指对象有一个明确并且复杂的生命流（一般而言三个以上状态），并且在状态变迁存在不同的触发条件以及处理行为。
2.2 Squirrel状态机要素

Squirrel状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。

• 现态:是指当前所处的状态。
  
• 条件:又称为事件。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
  
• 动作:条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。
  
• 次态:条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。
  

3 实现原理

3.1 店铺审核CASE

举例，京东线上开店需要经过审核才能正式上线，店铺状态有待审核、已驳回、已审核，对应操作有提交审核，审核通过，审核驳回动作。现在需要实现一个店铺审核流程的需求。
3.2 方案对比

3.2.1 常用if-else或switch-case实现（分支模式）


图1.if-else/switch-case模式实现流程图
3.2.2 状态机实现


图2.状态机模式实现流程图
3.2.3 对比

通过引入状态机，可以去除大量if-else if-else或者switch-case分支结构，直接通过当前状态和状态驱动表查询行为驱动表，找到具体行为执行操作，有利于代码的维护和扩展。
3.3 实现原理


图3.状态机创建流程图

• StateMachine: StateMachine实例由StateMachineBuilder创建不被共享，对于使用annotation方式(或fluent api)定义的StateMachine，StateMachine实例即根据此定义创建，相应的action也由本实例执行，与spring的集成最终要的就是讲spring的bean实例注入给由builder创建的状态机实例；
  
• StateMachineBuilder: 本质上是由StateMachineBuilderFactory创建的动态代理。被代理的StateMachineBuilder默认实现为StateMachineBuilderImpl，内部描述了状态机实例创建细节包括State、Event、Context类型信息、constructor等，同时也包含了StateMachine的一些全局共享资源包括StateConverter、EventConverter、MvelScriptManager等。StateMachineBuilder可被复用，使用中可被实现为singleton；
  
• StateMachineBuilderFactory: 为StateMachineBuilder创建的动态代理实例；
  

4 实践分享

4.1 环境依赖

1. <dependency>
2. <groupId>org.squirrelframework</groupId>
3. <artifactId>squirrel-foundation</artifactId>
4. <version>0.3.9</version>
5. </dependency>

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4.2 状态机元素定义：状态、事件

1. // 店铺审核状态
2. public Enum ShopInfoAuditStatusEnum{
3. audit(0,"待审核"),
4. agree(1,"审核通过"),
5. reject(2,"审核驳回");
6. }
7. // 店铺审核事件
8. public Enum ShopInfoAuditEvent{
9. SUBMIT, // 提交
10. AGREE, // 同意
11. REJECT; // 驳回
12. }

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4.3 构建StateMachineBuilder实例

1. /**
2. * StateMachineBuilder实例
3. */
4. public class StateMachineEngine <T extends UntypedStateMachine, S, E, C> implements ApplicationContextAware{
7. private ApplicationContext applicationContext;
10. private static Map<String,UntypedStateMachineBuilder> builderMap = new HashMap<String,UntypedStateMachineBuilder>();
12. @Override
13. public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
14. this.applicationContext = applicationContext;
15. }
18. @Transactional
19. public void fire(Class<T> machine, S state, E event, C context) {
20. StateMachineBuilder stateMachineBuilder = this.getStateMachineBuilder(machine);
21. StateMachine stateMachine = stateMachineBuilder.newStateMachine(state,applicationContext);
22. stateMachine.fire(event, context);
23. }
26. private StateMachineBuilder getStateMachineBuilder(Class<T> stateMachine){
27. UntypedStateMachineBuilder stateMachineBuilder = builderMap.get(stateMachine.getName());
28. if(stateMachineBuilder == null){
29. stateMachineBuilder = StateMachineBuilderFactory.create(stateMachine,ApplicationContext.class);
30. builderMap.put(stateMachine.getName(),stateMachineBuilder);
31. }
32. return stateMachineBuilder;

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4.4 创建具体店铺状态审核状态机

1. /**
2. * 店铺审核状态机
3. */
4. @States({
5. @State(name = "audit"),
6. @State(name = "agree"),
7. @State(name = "reject")
8. })
9. @Transitions({
10. @Transit(from = "audit", to = "agree", on = "AGREE", callMethod = "agree"),
11. @Transit(from = "audit", to = "reject", on = "REJECT", callMethod = "reject"),
12. @Transit(from = "reject", to = "audit", on = "SUBMIT", callMethod = "submit"),
13. @Transit(from = "agree", to = "audit", on = "SUBMIT", callMethod = "submit"),
14. @Transit(from = "audit", to = "audit", on = "SUBMIT", callMethod = "submit"),
15. })
16. @StateMachineParameters(stateType=ShopInfoAuditStatusEnum.class, eventType=ShopInfoAuditEvent.class, contextType=ShopInfoAuditStatusUpdateParam.class)
17. public class ShopInfoAuditStateMachine extends AbstractUntypedStateMachine {
20. private ApplicationContext applicationContext;
23. public ShopInfoAuditStateMachine(){}
26. public ShopInfoAuditStateMachine(ApplicationContext applicationContext) {
27. this.applicationContext = applicationContext;
28. }
31. // 审核通过业务逻辑
32. public void agree(ShopInfoAuditStatusEnum fromState, ShopInfoAuditStatusEnum toState, ShopInfoAuditEvent event, ShopInfoAuditStatusUpdateParam param) {
33. this.agree(fromState,toState,event,param);
34. }
36. // 审核驳回业务逻辑
37. public void reject(ShopInfoAuditStatusEnum fromState, ShopInfoAuditStatusEnum toState, ShopInfoAuditEvent event, ShopInfoAuditStatusUpdateParam param) {
38. this.reject(fromState,toState,event,param);
39. }
41. // 提交业务逻辑
42. public void submit(ShopInfoAuditStatusEnum fromState, ShopInfoAuditStatusEnum toState, ShopInfoAuditEvent event, ShopInfoAuditStatusUpdateParam param) {
43. this.submit(fromState,toState,event,param);
44. }

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4.5 客户端调用

1. // 调用端
2. main{
3. StateMachineEngine stateMachineEngine = applicationContext.getBean(StateMachineEngine.class);
4. // 审核通过调case
5. stateMachineEngine.fire(ShopInfoAuditStateMachine.class,ShopInfoAuditStatusEnum.audit,ShopInfoAuditEvent.AGREE,param);
6. // 审核驳回case
7. stateMachineEngine.fire(ShopInfoAuditStateMachine.class,ShopInfoAuditStatusEnum.audit,ShopInfoAuditEvent.REJECT,param);
8. }

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5 总结

状态机很好的帮我们处理了对象状态的流转、事件的监听以及外界的各种事件的响应。从代码设计角度减少了大量if-else/switch-case逻辑判断，提高了代码的可维护性、扩展性，方便管理和测试。

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